Pemesinan Kimiawi Fotoresis: Panduan Sejarah, Proses, dan Aplikasi
Halo, semoga Anda sehat. Dalam artikel ini, kita akan membahas secara detail apa itu Pemesinan Kimiawi Fotoresis. Pertama, kita akan melihat pengantar, sedikit sejarah, langkah kerja, keuntungan, kerugian, dan aplikasi secara detail.
Mari kita mulai dengan pengantar terlebih dahulu.
Pengantar Pemesinan Kimiawi Fotoresis:
Pemesinan kimiawi fotoresis memainkan peran dominan dalam bidang manufaktur. Proses ini adalah resolusi yang lebih tinggi dari proses pemesinan kimiawi.
Dalam kata sederhana, penggantian maskant dengan bahan photoresist dalam proses pemesinan kimiawi mengubah proses menjadi Pemesinan Kimiawi Fotoresis.
Bahan photoresist digunakan untuk sinar ultravioleth sebelum pengasetan kimiawi untuk menghasilkan geometri kompleks pada komponen logam lembaran.
Proses ini juga disebut ‘Pemesinan Kimiawi Fotoresis’ atau ‘Photo etching’. Entitas yang diproduksi dengan metode ini bebas stres dan bebas retak.
Proses ini banyak digunakan untuk prototyping karena toleransi dimensi yang tajam.
Sejarah Pemesinan Kimiawi Fotoresis:
Pengembangan pemesinan kimiawi fotoresis dimulai pada tahun 1782 ketika John Senebier memperhatikan beberapa resi kehilangan kesetreran mereka ke terpentin dan mengeras di bawah sinar matahari.
Eksperimen dimulai sejak saat itu, hingga tahun 1940. Akhirnya, proses pemesinan dengan nama Photochemical berkembang dengan menggabungkan proses Kimiawi dan Photoresist (fenomena pengerasan logam di bawah sinar UV).
Hal itu telah menjadi komersial sejak tahun 1960-an.
Definisi:
Pemesinan kimiawi fotoresis adalah proses pembuatan bentuk yang diinginkan pada komponen lembaran logam dengan mengekspos workpiece ke sinar ultravioleth menggunakan bahan photoresist dan kemudian menghapus logam dengan metode pengasetan.
Prinsip Kerja Pemesinan Kimiawi Fotoresis:
Prinsip kerja proses Pemesinan Kimiawi Fotoresis berasal dari proses Pemesinan Kimiawi. Sebuah film photoresist dilapisi pada permukaan bersih workpiece.
Film yang digunakan sensitif terhadap sinar ultravioleth dan tahan terhadap etchant. Kemudian, serangkaian foto dari desain yang akan diproduksi dicetak pada film.
Pencetakan memiliki dua bayangan, transparan dan hitam. Photo film dipasang secara presisi pada workpiece tanpa kesalahan. Photoresist melakukan tugas membedakan permukaan kerja sebagai lunak dan keras saat diekpos ke sinar ultravioleth.
Secara umum, di mana cahaya meluap melalui area transparan film menjadi lebih keras dan hitam tetap lunak. Kemudian workpiece dengan resist yang dilapisi dilewatkan melalui developer untuk menghapus resist yang lunak.
Penghapusan resist lunak ini membedakan area yang akan dimesin dan tidak akan dimesin. Area logam yang diekpos akan menjadi area yang akan diaset.
Resist keras yang tersisa bertindak sebagai maskant. Lembar logam kemudian dilewatkan melalui mesin pengasetan, di mana etchant dihembuskan ke kedua sisi workpiece.
Area logam yang tidak ada bahan resist akan larut oleh reaksi reagen kimia.
Setelah lembar selesai diaset, resist dihapus dengan meletakkannya di bawah silet resist stripper yang melarutkan bahan resist.
Hasilnya akan menjadi produk jadi sama persis dengan yang dirancang dan dicetak pada photo film.
Langkah Kerja Pemesinan Kimiawi Fotoresis:
1. Desain & Pencetakan:
Proses dimulai pada layar komputer dengan merancang komponen pada perangkat lunak CAD apa pun. Karya seni yang dihasilkan memiliki struktur desain hitam atau jernih tergantung pada photoresist yang digunakan.
Hal yang sama dicetak pada photo film berukuran standar. Area jernih atau area hitam akan menjadi citra produk yang akan diproduksi. Secara umum, karya seni dicetak dua kali pada dua lembar film.
2. Pemotongan lembaran:
Setelah desain dibuat dan dicetak pada photo film, logam dipilih sesuai dengan detail yang ditentukan dalam desain. Lembaran kemudian dipotong dari gulungan lembaran logam.
Ukuran lembaran yang akan dipotong akan sama dengan ukuran photo film yang dicetak. Lembaran logam yang digunakan dalam proses Pemesinan Kimiawi Fotoresis harus memiliki ketebalan antara 0.013 hingga 2.032 mm dan logam dapat berupa aluminium, kuningan, tembaga, nikel, perak, baja, stainless steel, tembaga, kuningan, seng, dan titanium.
3. Pembersihan lembaran:
Lembaran kemudian dibersihkan untuk memastikan tidak ada oksida, kontaminan minyak, atau lemak yang ada pada permukaan lembaran logam.
Pembersihan biasanya dilakukan pada mesin sepenuhnya otomatis dengan aplikasi jet air tekanan tinggi, larutan alkohol, dan HCl cair yang diencerkan.
Kebutuhan pembersihan:
- Pembersihan yang tidak tepat dapat menghasilkan perekat yang lemah, dimensi akhir yang tidak akurat.
- Pembersihan yang tidak tepat dapat menghasilkan undercut selama pengasetan.
- Kontaminan seperti minyak, lemak dapat menyebabkan oksidasi.
Setelah lembaran selesai dicuci, kemudian dikeringkan dengan blower udara panas.
4. Menerapkan resist pada lembaran logam:
Setelah lembaran kering sepenuhnya, kemudian dilapisi dengan bahan resist. Bahan yang digunakan sebagai resist sensitif terhadap sinar UV dan tahan terhadap reagen kimia.
Dalam praktik, photoresist diklasifikasikan menjadi dua tipe; Positive photoresist dan negative photoresist. Bahan resist dipilih berdasarkan desain yang dicetak pada photo film, apakah data yang dicetak jernih atau hitam.
Positive photoresist: Dalam positive photoresist, saat lembaran dilewatkan melalui sinar UV, bagian resist yang diekpos ke sinar UV menjadi lebih lunak. Kemudian resist lunak ini larut dalam proses pengembangan. Photoresist yang tidak diekpos tetap keras.
Negative photoresist: Dalam kasus negative photoresist, bagian yang terkena sinar UV menjadi keras dan bagian sisa resist tetap lunak untuk pengembangan.
5. Pasang photo film di atas photoresist:
Setelah lembaran selesai dilapisi dengan bahan resist. Photo film yang dicetak dipasang dengan hati-hati dan tepat di atas bahan resist di kedua sisi lembaran. Selalu dipastikan bahwa penyelarasan kedua film akurat.
6. Lewatkan lembaran melalui sinar ultraviolet:
Lembaran kemudian dilewatkan melalui sinar UV. Dalam eksposur ini, area jernih yang dicetak pada film memungkinkan sinar UV mengenai lapisan resist, sementara hitam tidak memungkinkannya.
Karena resist yang digunakan adalah bahan foto-sensitif, resist bereaksi terhadap sinar UV dengan mengubah propertinya menjadi keras sesuai dengan tipe resist yang digunakan. Ini menghasilkan pemisahan resist menjadi keras dan lunak.
7. Proses pengembangan:
Lembaran kemudian dilewatkan melalui mesin pengembangan di mana cairan pengembang dihembuskan ke kedua sisi lembaran. Pengembang melarutkan resist lunak dan resist keras bertahan terhadap pengobatan pengembang dan tetap tertinggal pada lembaran logam.
Pada akhir proses ini, lembaran memiliki resist yang tersisa di permukaannya di mana logam harus tetap setelah pengasetan sementara sisa lembaran memiliki logam yang diekpos di mana logam akan dihapus.
8. Pengasetan:
Langkah berikutnya adalah melewatkan lembaran melalui mesin pengasetan. Di sini, reagen kimia dihembuskan ke kedua sisi lembaran.
Area lembaran yang ditutup dengan bahan resist tidak membiarkan etchant bereaksi dengan logam sementara area yang diekpos lembaran bereaksi terhadap etchant menyebabkan logam meleleh karena perubahan sifat kimia.
Penghapusan logam ini membuat bentuk yang dirancang pada lembaran. Seluruh proses dijalankan dalam mesin tertutup sepenuhnya otomatis dengan konveyor gulungan untuk membawa lembaran logam dari satu ujung mesin ke ujung lainnya.
Faktor yang harus dipertimbangkan dalam pemilihan etchant:
- Kualitas finishing permukaan yang diperlukan.
- Tipe bahan dasar yang digunakan.
- Tipe resist yang digunakan.
- Kedalaman pengasetan.
- Biaya dan ketersediaan.
Tipe etchant yang digunakan dalam pemesinan kimiawi fotoresis berbeda tergantung pada bahan dasar yang digunakan. Beberapa tercantum di bawah ini:
| Bahan lembaran | Etchant |
| Legam ferrous (baja karbon, baja legam, baja tahan karat, dll.) | Ferric Chloride |
| Legam non-ferrous (beryllium copper, kuningan, dll.) | Cupric Chloride |
| Titanium, Seng, dan legam mereka | Etchant proprietor berbasis tembaga |
| Perak dan legamnya | Ferric Nitrate |
| Emas dan legamnya | Etchant berbasis iodin |
9. Hapus lapisan resist:
Lembaran kemudian dilewatkan melalui mesin stripping resist. Resist yang tersisa pada lembaran untuk melindungi lembaran dari reaksi etchant dihapus dengan silet resist strip liquid.
Resist stripper melarutkan semua bahan resist dari workpiece. Ini adalah proses yang mirip dengan pengembangan, sementara konsentrasi pengembang yang digunakan di sini lebih besar dari yang digunakan dalam proses pengembangan untuk melarutkan resist lunak.
10. Pencucian dan pengeringan:
Setelah resist dihapus dari lembaran, lembaran dicuci di bawah air dingin tekanan tinggi dan dikeringkan oleh blower panas.
Karena proses ini banyak digunakan untuk produksi beberapa komponen serupa pada satu lembaran, setiap tepi dipisahkan dengan dorongan ringan tangan pada logam. Hasilnya adalah produk jadi.
Yellow Room:
Serangkaian operasi dari ‘pelapisan resist’ hingga akhir proses ‘pengembangan’ dilakukan di yellow room.
Semua pekerjaan ini dilakukan di bawah lampu fluorosien kuning (YFT) untuk mencegah eksposur yang tidak diinginkan photoresist terhadap cahaya dengan panjang gelombang lebih pendek.
Unit dan peralatan yang digunakan dalam PCM:
Sistem dasar yang diperlukan untuk pemrosesan Pemesinan Kimiawi Fotoresis adalah unit drafting, mesin pemotongan lembaran logam, tata letak gambar dan aksesori, platform CAD dan sistem pengembangan, mesin cetak fotografi dan aksesori, sistem pembersihan pekerja, mesin sinar UV terkontrol numerik, dan mesin pengasetan, unit pencucian otomatis, unit penghapus mask atau mesin resist stripper dan akhirnya unit pengeringan.
Aplikasi Pemesinan Kimiawi Fotoresis:
Berikut adalah aplikasi Pemesinan Kimiawi Fotoresis:
- Pembuatan alat bedah, komponen mikroskopik.
- Produksi gasket dan segel logam.
- Pembuatan saringan halus, jaring halus, kontak listrik, dan kalung pelindung EMI & RFI.
- Pengukiran komponen tipis.
- Pembuatan komponen sel bahan bakar, membran tekanan, heat sink dan elemen pemanas fleksibel.
Keuntungan Pemesinan Kimiawi Fotoresis:
Berikut adalah keuntungan Pemesinan Kimiawi Fotoresis:
- Komponen yang tidak dapat diproduksi oleh sistem mekanis dapat diproduksi dengan mudah.
- Pengeliminasi bahan secara real-time dari semua permukaan.
- Produksi komponen oleh PCM menghasilkan permukaan bebas berotot.
- Komponen yang diproduksi dengan metode ini bebas stres dan bebas retak.
- Komponen miniatur dari bahan apa pun dapat diproses dengan mudah.
- Logam lembaran sangat tipis dapat dimesin.
- Cepat dan murah.
- Kontur yang sangat kompleks dapat diproduksi dengan detail yang akurat.
Kerugian Pemesinan Kimiawi Fotoresis:
Berikut adalah kerugian Pemesinan Kimiawi Fotoresis:
- Biaya setup tinggi.
- Tidak cocok untuk produksi volume rendah.
- Asap yang terkait dengan proses ini dapat menyebabkan masalah kesehatan bagi operator.
- Kedalaman potong yang lebih tinggi tidak dapat tercapai karena undercutting.
- Ketebalan lembaran logam terbatas hingga 2.032 mm.
